Слава Кан - Океан и атмосфера

• Название: Океан и атмосфера
• Автор: Слава Кан
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1982

Океан, занимающий две трети нашей планеты, и атмосфера, окутывающая ее, играют огромную роль в жизни человечества. Составляя вместе оболочку Земли, они функционируют как единая механическая и термодинамическая система. Совместное изучение этих сфер и их взаимодействия — основное направление современной мировой гидрометеорологической науки. Этим вопросам посвящена и предлагаемая вниманию читателя книга. В пей показано также, что знание процессов, которые происходят в океане и атмосфере, имеет большое практическое значение, и в первую очередь для мореплавания, эксплуатации ресурсов океана, для морских и метеорологических прогнозов.

Для читателей, интересующихся проблемами окружающей среды.

---

Индийский океан разделяется Центральным Индийским хребтом на западную и восточную части. Ряд поперечных хребтов и поднятий дна расчленяет эти части на относительно более мелкие (котловины). У юго-западной оконечности Австралии — самые большие в мире уклоны дна материкового склона. В северо-западной части океана множество островов и коралловых рифов.

Рельеф дна Тихого океана характеризуется наиболее значительными глубинами, обилием плосковершинных гор, коралловых построек — погруженных в воды и возвышающихся над ними. К последним относятся атоллы, поражающие мореплавателей своей красотой. В южном полушарии с юго-запада на северо-восток, от Антарктиды до экватора, тянутся два хребта, разделяющие ложе Тихого океана на несколько обширных котловин. Более сложен рельеф дна северной части океана, с тремя большими котлованами. В одной из них, Северо-Восточной, находится ряд разломов — дно здесь сильно расчленено. В зоне разломов встречаются многочисленные подводные вулканы.

Знание рельефа дна нужно прежде всего судоводителям. На морских картах обычно подробно указываются отдельные скалы, мели, подводные каньоны и др. Для рыбного флота важны также характеристики морского дна: наличие камней, кораллов, скопления водорослей и др. Этими данными пользуются подводники, строители гидротехнических сооружений, горняки. Велико и научное значение сведений о рельефе дна, дающих возможность выяснить особенности движения морских вод, формирования их основных характеристик.

Чем выложено дно Мирового океана? На почти всей огромной площади дна океана из века в век происходит накопление морских отложений. Лишь на больших уклонах частицы грунта не задерживаются, их сносит водой. Частицы грунта разнообразны по размерам: от каменных глыб весом в несколько топи до мельчайших — в тысячные и даже миллионные доли миллиграмма. По форме они окатанные, например галька, или остроугольные. Происхождение грунтов различно — разрушение горных пород суши, органическое и др. Крупные частицы накапливаются вблизи берегов, мелкие — в удалении. Попадая в море с суши, частицы постепенно претерпевают изменения в минералогическом и химическом составе. В удаленных от берегов районах некоторых морей происходит на дне значительное накопление скелетов морских организмов — оно может даже превышать по количеству твердые частицы, принесенные с земли. В центральных частях океанов, а также в районах активной вулканической деятельности преобладают осадки из вулканических частиц.

Морские грунты имеют окраску от белой до почти черной и, как правило, без чистых тонов. Иногда цвета ярко выражены, и грунт тогда называют красной глиной, черным илом и т. д. Однако чаще всего приходится пользоваться такими определениями, как коричнево-серый или темно-серый. Грунты вулканического происхождения — темного цвета.

Грунты, состоящие преимущественно из обломочных пород, принесенных с суши, покрывают дно материковой отмели. В понижениях дна скапливаются более мелкие, на возвышенностях — более крупные породы. Замечена довольно отчетливая зависимость между рельефом дна и составом грунтов. Основная часть дна в Атлантическом океане на глубинах до 4 тыс. м покрыта илом и глинистым илом. В Индийском океане аналогичная картина — илы состоят из остатков глобигерин и мельчайших обломочных частиц. В Тихом океане на глубинах свыше 4 тыс. преобладает глубоководный глинистый ил, который за его буровато-коричневый цвет называют красной океанической глиной. Она образуется чрезвычайно медленно — около 0,1 см за 1 тыс. лет. Вдоль Антарктиды лежит полоса ледниково-морских отложений. Основная часть донных отложений в море занесена с суши. В морях донные отложения образуются значительно быстрее, чем в океане, — в 10, а иногда и в 100 раз.

Возможности для эксплуатации богатств со дна океана появились сравнительно недавно, в связи с мощным развитием техники. Теперь со дна добываются алмазы в Южной Африке (ЮАР), уголь — у берегов Южной Англии и Японии. Главным источником богатств морского дна можно считать нефть, так как уже сейчас установлено, что две трети известных на суше газонефтеносных районов лежит у морских побережий. Значит, можно ожидать, что нефть есть и в открытом море. Поиски ее ведутся в западной части Карибского моря, у берегов Панамы, Гватемалы, Никарагуа, у острова Ява, в Северном море, в Восточно-Китайском и Южно-Китайском морях, на дне Персидского залива. В последнем обнаружены крупнейшие в мире залежи.

Глубоководное драгирование и фотографирование морского дна позволило в последние десятилетия обнаружить на поверхности дна огромные скопления круглых, овальных (иногда неправильной формы) образований величиной с грецкий орех или картофель — это так называемые железомарганцевые конкреции. Они содержат также никель, кобальт, медь и др. Конкреции лежат прямо на поверхности дна, его не нужно бурить, как при добыче нефти (иногда очень глубоко!). Залежи конкреций огромны, они широко распространены на больших участках дна Атлантического и Индийского океанов и, в особенности, в Тихом. Предполагается, что в Атлантическом океане находится 50 млн. т конкреций, в Индийском — вдвое больше, а в Тихом — 100 млрд. т.

Стали известны также фосфоритовые конкреции, лежащие вдоль внешнего края континентального склона на возвышенностях в океане. Их добыча уже начата на склоне Южной Калифорнии. Обнаружены и другие минеральные богатства: соляные купола, оловянные и железные руды, пески, содержащие железо, хром, золото, титан. Перспективы в этой области пока трудно определить — очень многое здесь еще неизвестно или нуждается в дополнительной проверке.

Морская вода

В природе нет химически чистой воды. Даже самые чистые природные воды — дождь и снег — содержат примеси, поглощаемые на пути к земле из воздуха. Текущая вода растворяет горные породы, по которым она протекает или сквозь которые просачивается. Воды много и в самой твердой коре планеты в свободном и в связанном состоянии. Водяные пары, выделяющиеся при извержении вулканов, позволяют думать, что вода есть и на значительной глубине в толще Земли, хотя пока трудно сказать, в какой форме и в каких объемах.

Вода — главная составная часть гидросферы — представляет собой окись водорода (Н2O); она состоит из 11,2 % водорода и 88,8 % кислорода. Морская вода содержит в своем растворе многие соли (об этом подробнее будет рассказано ниже) и газы — кислород, азот, углекислый газ. Вода способна при колебаниях температур принимать различные состояния: жидкое, твердое и газообразное. При переходе из одного состояния в другое поглощается или освобождается большое количество тепла.

Вода как физическое тело имеет ряд аномалий, объясняемых строением ее молекул и очень сложной структурой. Так, при нагревании пресной воды от 0 до 4 °C плотность воды растет, а затем при увеличении температуры уменьшается. Вторая аномалия — увеличение объема при замерзании примерно на 10 %. Лишь немногие вещества в твердой фазе легче, чем в жидкой, — это висмут, галлий, германий и др. Для воды характерны и такие аномалии, как очень большая теплота плавления и парообразования, высокая теплоемкость и др. Есть еще ряд любопытных аномалий. Так, аномальна привычная для всех температура кипения, равная 100°: ведь водород кипит при 253°, а кислород при 180 °C.

Количество солей в морской воде невелико по сравнению с ее массой, но соли весьма существенно изменяют физические и химические свойства воды. Ее состав определяется с помощью химического анализа взятых проб (эти опыты стали проводить в 60-х годах прошлого столетия) вначале на поверхности, а затем и на различных глубинах, вплоть до придонных участков. Уже первые исследования показали (а последующие их подтвердили), что вдали от берегов состав морской воды везде одинаков — как на поверхности, так и на глубине. Это постоянство сохраняется весьма длительное время, измеряемое геологическими эпохами.

Количество растворенных твердых минеральных веществ (солей), выраженное в граммах на килограмм морской воды, называется ее соленостью. Тысячные доли целого называются промилле и обозначаются значком ‰. В открытых частях океанов соленость равна в среднем 0,035 кг, т. е. средняя соленость Мирового океана 35‰. Морская вода имеет горько-соленый вкус, обладает большим удельным весом, чем пресная, не растворяет мыло, образует накипь в паровых котлах. Все это происходит оттого, что в морской воде растворены твердые минеральные вещества, причем в разных количествах — некоторые в граммах на килограмм воды, а иные — только в тысячных долях грамма на тонну воды. Но именно последняя группа микроэлементов наиболее многочисленна. В то же время соленость морской воды определяется преобладающими по весу элементами. Химический состав морской воды, полученный из анализов проб, взятых в трех океанах еще во время плавания на «Челленджере», следующий (табл. 2);